JPH0749479A

JPH0749479A - ライトバルブ投写装置

Info

Publication number: JPH0749479A
Application number: JP6122439A
Authority: JP
Inventors: Hideki Omae; 秀樹大前; Hiroshi Takahara; 博司高原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】光散乱状態の変化として光学像を形成するラ
イトバルブを用いた投写装置に関するもので、明るくか
つ高コントラストの表示画像を得る。【構成】ライトバルブに平行光線を照射した場合にラ
イトバルブの法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出
射面から測定した輝度が、ライトバルブの法線方向にお
ける光出射面から測定した輝度の半分となるような角度
を散乱半値角とすると、散乱半値角が２３゜未満となる
ような高分子分散液晶パネルをライトバルブとして用
い、光源と、高分子分散液晶パネルが形成する光学像を
スクリーン上に投写する投写レンズと、投写レンズの瞳
近傍に形成される光源像を遮光する遮蔽体とを具備した
ライトバルブ投写装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光散乱状態の変化とし
て光学像を形成するライトバルブに表示された画像をス
クリーン上に拡大投写するライトバルブ投写装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ホームシアター、プレゼンテーショ
ンと大画面表示がにわかに注目を集めてきている。従来
よりライトバルブを用いた投写装置は多くの方式が提案
されてきたが、最近では小型の液晶パネルの表示画像を
投写レンズなどにより拡大投影し、大画面の表示画像を
得る液晶投写装置が商品化されている。

【０００３】液晶パネルは主に電気的にその光学特性を
変化させて表示を行うもので、その動作原理には多くの
種類がある。現在商品化されている液晶投写装置に用い
られているツイストネマチック（以降ＴＮと呼ぶ）液晶
パネルは、液晶の旋光性が電界により変化する現象を利
用したものである。ところがＴＮ液晶パネルは、光の変
調のために入射側と出射側に偏光板が必要であり、その
ために光利用効率が低いという問題があった。一方、偏
光板を用いずに光を制御する方法として散乱現象を用い
る方法がある。光散乱状態の変化により光学像を形成す
る液晶パネルとして、例えば相変化（ＰＣ）、動的散乱
（ＤＳＭ）、高分子分散液晶等があげられる。中でも近
年明るさ向上への期待感から、ＵＳＰ４４３５０４７に
示されるような高分子分散液晶パネルが盛んに研究され
ている。

【０００４】高分子分散液晶を用いて液晶パネルを構成
すると偏光板が不要であり、なおかつ配向処理も不要で
あるという利点がある。偏光板で損失した光はほとんど
が偏光板に吸収されて熱に変換される。そのために光源
の出力を大きくして高輝度表示を得ることが困難であ
る。熱は偏光板自身および輻射熱等により液晶パネルを
加熱する。したがって、偏光板およびパネル等は高温状
態となり、短期間で著しい性能劣化をひきおこす。ま
た、ＴＮ液晶パネルは配向膜を塗布し、ラビング処理が
必要である。ラビング処理等は工程数を増加させるばか
りか、静電気によりＴＦＴを破壊し歩留まり低下の原因
となり、製造コストの増大をひきおこす。また、近年、
液晶投写型テレビに用いる液晶パネルの画素数は３０万
画素以上と大容量となり、それにつれ画素サイズは微細
化の傾向にある。画素の微細化は信号線、ＴＦＴの凹凸
を多数形成することになり、前記凹凸により良好にラビ
ング処理を行なうことは困難に成りつつある。

【０００５】以下、簡単に高分子分散液晶について説明
しておく、高分子分散液晶は、液晶と高分子の分散状態
によって大きく２つのタイプに分けられる。１つは、水
滴状の液晶が高分子中に分散しているタイプである。液
晶は、高分子中に不連続な状態で存在する。以後、この
ような液晶をホ゜リマーテ゛ィスハ゜ーシ゛ョンリキット゛クリスタル（以下Ｐ
ＤＬＣ）と呼ぶ。もう１つは、液晶層に高分子のネット
ワークを張り巡らせたような構造を採るタイプである。
ちょうどスポンジに液晶を含ませたような格好になる。
液晶は、水滴状とならず連続に存在する。以後、このよ
うな液晶をホ゜リマーネットワークリキット゛クリスタル（以下ＰＮＬＣ）
と呼ぶ。前記２種類の液晶パネルで画像を表示するため
には光の散乱・透過を制御することにより行なう。本発
明では主にＰＤＬＣを例にあげて説明する。

【０００６】このような液晶表示素子の高分子分散液晶
層におけるポリマー材料としては、基本的には透明であ
れば、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂であってもさしつ
かえないが、紫外線硬化型の樹脂が最も簡便で、性能も
良く一般に使用されることが多い。その理由として従来
のＴＮモード液晶バネルの製造方法がそのまま応用でき
る為である。従来の液晶パネルの製造方法としては、所
定の電極パターンが形成された上下２枚の基板を該電極
同士が対向するように重ね合わせ、スペーサで２枚の基
板の間隙を保持できるようにしてエポキシ樹脂のシール
材で固定させ、その後このようにして得られた空セルの
中に液晶を注入するといった製造方法が多く用いられて
いる。

【０００７】この製造方法を応用して分散タイプの液晶
パネルを製造する為には、ポリマーマトリクスの材料を
紫外線硬化型の樹脂、特にその一例としてアクリル系の
樹脂を用いればよい。注入前に於いてはモノマーあるい
は／及びオリゴマーといった比較的低粘度な前駆体とし
て存在し、液晶とのブレンド物（これを液晶溶液と呼
ぶ）も常温で注入するのに十分な流動性を有しているの
で、従来の液晶パネルの製造方法を応用して、液晶溶液
を注入した後に光照射して樹脂の硬化反応を進めれば、
液晶のみ相分離させて高分子分散液晶層を形成できる。

【０００８】高分子分散液晶の動作について図２０を用
いて簡単に述べる。図２０は高分子分散液晶パネルの動
作の説明図である。図２０において、２０１はアレイ基
板、２０２は画素電極、２０３は対向電極、２０４は水
滴状液晶、２０５はポリマー、２０６は対向電極基板で
ある。画素電極２０２にはＴＦＴ（図示せず）等が接続
され、ＴＦＴのオン・オフにより画素電極に電圧が印加
されて、画素電極上の液晶配向方向を可変させて光を変
調する。図２０において（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオ
ン状態を示す。図２０の（ａ）に示すように電圧を印加
していない状態では、それぞれの水滴状液晶２０４は不
規則な方向に配向している。この状態ではポリマー２０
５と水滴状液晶２０４とに屈折率差が生じ入射光は散乱
する。ここで図２０の（ｂ）に示すように画素電極２０
２に電圧を印加すると液晶の方向がそろう。液晶が一定
方向に配向したときの屈折率をあらかじめポリマーの屈
折率と合わせておくと、入射光は散乱せずにアレイ基板
２０１より出射する。なお、ＰＤＬＣのように液晶が水
滴状にあらわされるとき、水滴状の液晶の直径の平均を
平均粒子径と呼ぶ。ＰＮＬＣのような場合は高分子マト
リクスが液晶中にネットワーク状に存在し、液晶が連続
層をなすように形成される。この場合は液晶は粒子とし
ては存在しないので、スポンジ状構造の高分子マトリク
スの孔径の平均を平均孔径と呼ぶ。

【０００９】高分子分散液晶パネルを用いた液晶投写装
置の構成例を図２１に示す。ランプ２１１から出た光
は、凹面鏡２１２により集光されて液晶パネル２１３に
入射する。液晶パネル２１３に入射した光は何等変調さ
れない場合は全て投写レンズ２１４に入射するよう構成
されている。液晶パネル２１３は高分子分散液晶パネル
であり、ガラス基板２１６、２１７により液晶層２１８
が狭持されている。一方のガラス基板２１６、２１７の
液晶層２１８側の面にはマトリクス状の画素電極が設け
られており、映像信号に応じて散乱状態の変化として液
晶パネル２１３に光学像を形成することができる。十分
な電圧を印加された画素から出る光は全て投写レンズ２
１４に入射してスクリーン２１９上に到達するので、ス
クリーン２１９上の対応する位置には明るい画素が表示
される。電圧の印加されない画素からは散乱光が出射
し、投写レンズ２１４から外れてスクリーン２１９には
到達せず、スクリーン２１９上の対応する位置には暗い
画素が表示される。このようにして、液晶パネル２１３
上に散乱状態の変化として形成された光学像は、投写レ
ンズによりスクリーン１７９上に拡大投写される。液晶
パネル１７３から出射される光の集光角度は投写レンズ
２１４の瞳径で決まるが、さらに図２１に示すようにア
パーチャ２１５を投写レンズ内に配して集光角度を制御
してもよい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】光散乱状態の変化とし
てライトバルブ上に形成された光学像を輝度の変化に変
換するには、ライトバルブの出射光のうち一定の立体角
の光だけを取り出すと、その立体角内に入る光量が光散
乱状態により変化することを利用する。一般的には図２
１に示す構成のように、アパーチャを用いて指向性の中
心方向に進む光を利用する方式が多い。すなわち散乱性
能が大きくなるとライトバルブから投写レンズに入射す
る光量が低下する。このアパーチャ型は構成は比較的簡
単であり、明るい投写画像を得ることができるが、その
コントラスト比が良くないという問題があった。この問
題を解決する方法としては、投写レンズの集光する立体
角を小さくすることが考えられるが、これは投写画像の
明るさを低下させることになる。またもう１つの解決方
法として、ライトバルブの散乱性能を大きくすることが
考えられる。

【００１１】散乱作用の１つの目標として完全拡散が考
えられるが、完全拡散におけるコントラスト比ＣＲはＣ
Ｒ＝１／ｓｉｎ²σで計算できる。（Ｄｅｗｅｙ．Ｐｒ
ｏｃ．ｏｆＳＩＤ．Ｐ１３８．１９７７）但しσは集
光角（半角）である。特に良好な表示を得るにはコント
ラスト比は、直視型のものでは３０：１以上、投写型の
もので１００：１以上が好ましい。コントラスト比を大
きくする為には光散乱特性を高めることが必要である。
高分子分散液晶パネルをライトバルブとして用いる場
合、低電圧で駆動できること、及び充分な散乱特性を有
していることが要求される。高分子分散液晶層の厚みを
増せば、光散乱性能は向上するが、駆動電圧は高くなり
ＴＦＴ駆動が困難となるという問題を生じる。

【００１２】特に投写型ディスプレイとして用いる場
合、現在広く用いられているメタルハライドランプを用
いた凹面鏡集光光学系とこれに整合した投写光学系のＦ
ナンバーは４〜５であり、完全拡散状態を示す高分子分
散液晶パネルを使用しても上記計算式に従えばコントラ
スト比は９０：１と不充分である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、光散乱状態の
変化として光学像を形成するライトバルブを用いた投写
装置のコントラストを改善することを目的とする。

【００１４】この目的を達成するため本発明のライトバ
ルブ投写装置は、光源と、前記光源より発生する光が入
射し散乱状態の変化として光学像を形成するライトバル
ブと、前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
と、前記投写レンズの瞳または瞳近傍にできる光源像を
遮蔽する遮光手段とを具備し、前記ライトバルブが散乱
状態において、ライトバルブの法線方向から角度θだけ
傾いた方向の光出射面から測定した輝度が、ライトバル
ブの法線方向における光出射面から測定した輝度の半分
となるような角度をθ_1/2とすると、角度θ_1/2が次の条
件を満足するような散乱特性を有するライトバルブを用
いたものである。

【００１５】θ_1/2 ＜２３゜また本発明の他のライトバルブ投写装置としては、光源
と、前記光源より発生する光が入射し散乱状態の変化と
して光学像を形成するライトバルブと、前記光学像をス
クリーン上に投写する投写レンズとを具備し、前記光源
と前記ライトバルブとの間に第１のマスクを、光源と第
１のマスクの間にフライアイレンズを、前記ライトバル
ブと前記投写レンズとの間に第２のマスクを具備し、前
記第１のマスクと前記第２のマスクの間にシュリーレン
レンズを具備し、第１のマスクの像が前記シュリーレン
レンズによって第２のマスク上に形成されるとともに、
第１のマスクの開口の投影像を第２のマスクで遮蔽し、
前記ライトバルブが散乱状態において、パネルの法線方
向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定した輝
度が、パネルの法線方向における光出射面から測定した
輝度の半分となるような角度をθ_1/2とすると、角度θ
_1/2が次の条件を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いたものでもよい。

【００１６】θ_1/2 ＜２３゜またライトバルブとして高分子分散液晶パネルを用いる
場合、各波長の光に対して配置された高分子分散液晶パ
ネルにおいて、前記高分子分散液晶パネルのうち１枚以
上の高分子分散液晶層の厚みと液晶滴の平均粒子径また
は平均孔径のうち少なくともいずれかが、他の高分子分
散液晶パネルと異なるように設計されている。

【００１７】

【作用】まず、高分子分散液晶パネルを例にして、その
散乱特性について説明する。

【００１８】高分子分散液晶パネルのモデルを図１１に
示す。２枚の透明基板１１１、１１２の間に高分子分散
液晶１１３が狭持されているものとする。液晶層１１３
は電圧を印加しない状態で散乱するものとし、表示領域
内の点Ａを中心とする微小領域だけに入射側から細い平
行光を照射する場合について考える。

【００１９】平行光による液晶層の入射面における照度
をＥ、散乱して出射する光線の出射角（液晶層の法線方
向となす角）をθ、散乱光のθ方向の輝度をＢ（θ）と
する。輝度Ｂは、

【００２０】

【数１】

【００２１】と表すことができる。このＧを散乱ゲイン
と呼ぶことにする。ゲインＧが小さいほど散乱特性は高
いといえる。図１２に１例として、ある液晶パネルにお
ける角度θに対するゲインＧをプロットしたグラフを示
す。角度θに対する輝度Ｂをプロットしても、値は異な
るがグラフの形状は変わらないことは（数１）より明ら
かである。

【００２２】θ＝０゜の時の輝度値に対して、半分の大
きさになる輝度を示す角度を散乱半値角θ_1/2と呼び、
散乱特性の指標とする（Phil Jones ,et al. "Performa
nce of NCAP projection displays" SPIE vol.1456 P.6
-14 (1991)参照）。例えば図１２に示した液晶パネルに
おいてはθ＝２０゜がこの液晶パネルの散乱半値角であ
る。一般的な散乱特性の場合θ_1/2が大きいほど散乱性
能は高い。

【００２３】微小領域の面積をＳとすると、発光部のθ
方向の光度Ｉ（θ）は、Ｉ（θ）＝Ｂ（θ）Ｓｃｏｓθ と表すことができる。この光度Ｉ（θ）のθが０゜〜９
０゜までのベクトルの軌跡を配光特性と呼び、完全拡散
状態の配光特性を図１３に示す。完全拡散状態における
θ方向の輝度Ｂ（θ）はθによらず一定値Ｂであり、こ
れよりその配光特性は２次元でみたとき円となる。また
図１２に示すような散乱特性を有する液晶パネルの場合
は、その配光特性は図１４に示すように２次元でみた場
合概ね楕円に近似できる。この楕円を式で表示すると、

【００２４】

【数２】

【００２５】となり、係数ｋが小さいほど散乱特性は高
いといえる。また光束Φはこの配光特性より得られる立
体の表面積で計算される。光度Ｉとはその方向の単位立
体角に含まれている光束数であり、反対に光束Φは立体
角内の光度の積分で求められる。頂角が２θの円錐の頂
点からの立体角をｗとするとｗ＝２π（１−ｃｏｓθ）となり、これを微分するとｄｗ＝２πｓｉｎθｄθ となり Φ＝∫Ｉｄｗ＝∫２πｓｉｎθＩｄθ つまりこれは円周を積分したもの、すなわち回転体の表
面積となる。

【００２６】本発明のライトバルブ投写装置は、光源よ
り発生する光がライトバルブに入射し、散乱状態の変化
としてライトバルブに形成された光学像を投写レンズに
よってスクリーン上に拡大投影し、画像が表示される。
ライトバルブとして高分子分散液晶パネルを用いた場合
について説明する。高分子分散液晶パネルに電圧を印加
して光透過状態（透明状態）の時には、光源より液晶パ
ネルに入射する光線はライトバルブをそのまま通過し、
投写レンズ内に設けた遮蔽体により遮光され、スクリー
ンには黒表示となる。高分子分散液晶パネルに電圧を印
加しない場合は光散乱状態（白濁状態）となり、光源よ
り液晶パネルに入射する光線はライトバルブにより散乱
し、投写レンズのＦナンバーに相当する角度範囲内の光
線のみ集光されてスクリーンには白表示となる。但し遮
蔽体で遮光される光線はスクリーンには到達しない。Ｆ
ナンバーとは投写レンズの集光角（半角）をθとするとＦ＝１／（２ｓｉｎθ）で表される。このとき黒表示は、ライトバルブが完全な
透過状態であれば遮蔽体によって光線が完全に遮光され
るために完全な黒表示が実現でき、そのコントラスト比
は無限大となる。ところが白表示はライトバルブの散乱
状態、投写レンズの集光角度、ならびに光源の広がり角
度によってその集光率が決まる。集光率が５０％以下で
あれば偏光板を用いるＴＮ液晶パネルと同等の明るさと
なってしまうので、偏光板を用いない散乱モードライト
バルブの特長が薄れてしまう。

【００２７】そこで（数２）で表される配光特性をもと
に投写レンズの集光角度θ₁、ならびに光源の広がり角
度θ₂を変化させて、どの程度の集光率が得られるか計
算を行った。光源の広がり角度θ₂をほとんど０と見な
して、投写レンズのＦナンバーがＦ＝１．５の場合およ
びＦ＝２の場合について、（数２）で表される散乱特性
の係数ｋを変化させて集光率を計算したグラフを図１７
に示す。但し１枚のライトバルブに対し１本の投写レン
ズが対応している場合はＦ／１．５、複数のライトバル
ブに対し１本の投写レンズが対応している場合はＦ／２
よりそれぞれ小さなＦナンバーの投写レンズは現実的で
ない。さらにこの図１７のグラフより集光率が５０％以
上となるような係数ｋを求めると、それぞれｋ＞７（Ｆ＝１．５）ｋ＞１３（Ｆ＝２）となり、これはすなわち θ_1/2＜２３゜（Ｆ＝１．５） θ_1/2＜１７゜（Ｆ＝２）となる。

【００２８】また詳しくは、散乱光全体の光束Φに対し
て、投写レンズの集光角度θ₁内の光束Φ₁、ならびに光
源の広がり角度θ₂内の光束Φ₂を用いて以下のように集
光率が計算される。

【００２９】（Φ₁−Φ₂）／Φ その結果を図１８に示すように、投写レンズの集光角が
Ｆ＝１．５が最大とした場合、光源の広がり角度θ₂が θ₂＜９゜において集光率５０％以上が達成できる。

【００３０】同様に図１９に示すように、投写レンズの
集光角がＦ＝２が最大とした場合、光源の広がり角度θ
₂が θ₂＜６゜において集光率５０％以上が達成できる。

【００３１】本発明の他のライトバルブ投写装置では、
フライアイレンズによって第１のマスクの開口部に多数
の微小点光源像ができる。これにより第１のマスクによ
る光のけられを無くすことができ光の利用効率が高まる
とともに、光源の広がり角度を小さくすることができ
る。さらには微小点光源の積分的な明るさが得られ、周
辺まで明るい表示が得られる。高分子分散液晶パネルが
光透過状態（透明状態）の時には、第１のマスクを通過
した光がライトバルブをそのまま通過し、シュリーレン
レンズにより第２のマスクの遮蔽部へ入射し、光はそこ
で遮光されスクリーンへは到達せず、良好な黒表示とな
る。高分子分散液晶パネルが白濁状態（散乱状態）の時
には、第１のマスクを通過した光がライトバルブによっ
て散乱され、光学系のＦナンバーに相当する光線が第２
のマスクの開口部を通過し、白表示を得ることができ
る。投写レンズで取り込む散乱光線はその集光角度で決
まるので集光率５０％以上得られる高分子分散液晶の散
乱特性は先に説明したのと同様である。

【００３２】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００３３】本発明のライトバルブ投写装置の第１の実
施例の構成を図１に示す。図１において１１は高分子分
散液晶パネル、１２は光源、１６は投写レンズ、１７は
投写レンズ内に設けられた遮蔽体、１８はスクリーンで
ある。

【００３４】液晶パネル１１は図２にその断面図を示す
ように、２枚の透明な基板２１、２２の間に高分子分散
液晶層２３を狭持している。基板２１、２２の液晶層側
には透明な電極としてそれぞれ対向電極２５、画素電極
２６が形成されている。画素電極２６はマトリクス状に
形成され、各画素電極２６の近傍にはスイッチング素子
としてＴＦＴ２８が設けられている。各ＴＦＴ２８はソ
ース信号線（図示せず）ならびにゲート信号線（図示せ
ず）に接続され、それぞれ信号供給回路ならびに走査回
路に接続されており、各画素に信号電圧が供給される。
高分子分散液晶２３は、充分な電界が印加されると入射
光を直進させ、電界が印加されない場合は入射光を散乱
させるので、各画素の液晶層は印加電圧によって光散乱
状態を制御することができる。

【００３５】本発明の液晶パネルに用いる液晶材料とし
てはネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリッ
ク液晶が好ましく、単一もしくは２種類以上の液晶性化
合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であって
もよい。高分子マトリックス材料としては透明なポリマ
ーが好ましく、ポリマーとしては、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、光硬化性樹脂のいずれであっても良いが、製
造工程の容易さ、液晶相との分離等の点より紫外線硬化
タイプの樹脂を用いるのが好ましい。具体的な例として
紫外線硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に紫外線照
射によって重合硬化するアクリルモノマー、アクリルオ
リゴマーを含有するものが好ましい。

【００３６】このような高分子形成モノマーとしては、
２−エチルヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ネオペンチルグリコールドアクリレー
ト、ヘキサンジオールジアクリート、ジエチレングリコ
ールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアク
リレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ト
リメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリス
リトールアクリレート等々である。

【００３７】オリゴマーもしくはプレポリマーとして
は、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレー
ト、ポリウレタンアクリレート等が挙げられる。

【００３８】また重合を速やかに行なう為に重合開始剤
を用いても良く、この例として、２−ヒドロキシ−２−
メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社製
「ダロキュア１１７３」）、１−（４−イソプロピルフ
ェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−
オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、１−ヒド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社
製「イルガキュア１８４」）、ベンジルメチルケタール
（チバガイギー社製「イルガキュア６５１」）等が掲げ
られる。その他に任意成分として連鎖移動剤、光増感
剤、染料、架橋剤等を適宜併用することができる。

【００３９】最も重要な点は液晶に電界を印加した際の
見かけの屈折率ｎ_oとポリマーの屈折率ｎ_pがほぼ一致
し、液晶パネルに充分な電界を印加したときに散乱が残
らないようにすることである。

【００４０】本発明に用いる液晶パネル１１を以下のよ
うに作製した。まず図２に示すような画素電極２６およ
びＴＦＴ２８、ソース信号線、ゲート信号線等があらか
じめ形成されたアレイ基板２１と、対向電極２５が形成
された対向基板２２とを、間隙が５μｍになるようにス
ペーサなどで保持させて重ね合わせる。この２枚の基板
間隙に2-エチルヘキシルアクリレート２０部、トリメチ
ロールプロパントリアクリレート１０部、オリゴマー
（東亜合成化学「Ｍ−１２００」）１３部、重合開始剤
（ダロキュアー１１７３）０．５部、液晶（ＢＤＨ社
「Ｅ−７」）７０部を混合した溶液を注入し、４０℃に
て紫外線６０ｍＷ／ｃｍ²を照射して高分子分散液晶層
を形成した。

【００４１】本発明に用いる液晶パネル１１の電界オフ
時の散乱特性は、パネルに平行光を照射した際に散乱し
て出射する光線の出射角（液晶層の法線方向となす角）
をθ、散乱光のθ方向の輝度をＢ（θ）とし、液晶層の
入射面における照度をＥとすると、

【００４２】

【数３】

【００４３】と無次元化して表すことができ、入射光線
の強度に依らない値となる。このＧを散乱ゲインと呼
び、本発明に用いる液晶パネル１１における出射角度θ
とゲインＧの関係は図３で示すような曲線となる。図３
より本発明に用いる液晶パネルでは出射角度θ＝０゜の
時のゲインＧは約２５であった。ゲインＧが大きいほど
散乱特性は低いといえ、最も散乱特性が高い完全拡散状
態のゲインＧ＝０．５であるのと比べると本発明に用い
る液晶パネルの散乱特性はかなり低い。図４に本発明で
用いた高分子分散液晶パネル１１の透過率の電圧印加特
性をグラフに示す。これより明らかなように、パネルの
散乱特性が低いと駆動電圧も低くて良い。また充分な電
界を印加すると液晶パネルは散乱がなくなり極めて高い
透明状態が得られる。また電圧を印加して本発明の条件
を満たす散乱状態を達成してもよい。

【００４４】また出射角度θと輝度Ｂの関係も図３と値
は異なるが曲線形状は同じである。図３より角度θが０
゜のときの輝度の半分になる角度θ_1/2を求めると、こ
のパネルの散乱半値角は８．２゜である。

【００４５】光源１２はランプ１３と凹面鏡１４で構成
され、ランプ１３から出た光は凹面鏡１４により集光さ
れて、指向性の比較的狭い光が出射する。光源１２から
の出射光はフィールドレンズ１５、液晶パネル１１を透
過し、投写レンズ１６に入射する。フィールドレンズ１
５は、液晶パネル１１の表示領域の周辺部を通過する光
を内側に屈折させて投写レンズの瞳に入射させ、投写画
像の周辺部が暗くならないようにするために用いる。

【００４６】液晶パネル１１が透明状態の場合には、パ
ネルより出射した光は投写レンズ内の遮蔽体１７により
遮光されてスクリーン１８には光は到達しない。そのた
め良好な黒表示が得られ、そのコントラスト比も極めて
高い。遮蔽体１７の大きさは光源より出射される光線の
広がり角度によって決まる。光源の広がり角度はランプ
１３の発光体長によって決まり、同じ発光体輝度であれ
ば発光体長が短いほど角度は狭いが光束は小さく暗く、
発光体長が長いほど角度は広く光束は大きく明るい。本
発明では対角長３．５インチの液晶パネル１１を用い、
ランプ１３に発光体長５ｍｍの１５０Ｗメタルハライド
ランプを用いた結果、光線の広がり角度４．３゜であ
る。また液晶パネル１１が散乱状態の場合には散乱して
出射する光線をより多く投写レンズで集光するために投
写レンズ１６のＦナンバーはできるだけ小さい方が好ま
しい。本発明のような単板投写すなわち１枚の液晶パネ
ルに１本の投写レンズが対応している場合は投写レンズ
のＦナンバーは１．５が物理的な限界である。ただし投
写レンズのＦナンバーがあまり小さくなるとそのレンズ
径も大きくなるので実用的ではない。本発明ではその点
を鑑みてＦ／２の投写レンズを使用した。散乱状態の場
合も遮蔽体１７で遮光される散乱光が存在し、投写レン
ズの集光角度から遮蔽体で遮光される角度までの範囲内
に散乱する光のみスクリーン１８に到達する。図１９の
グラフからも判るように、本発明によればその集光効率
は７０％と極めて高い効率が得られる。

【００４７】液晶パネル１１には映像信号に応じて散乱
状態の変化として光学像が形成される。投写レンズ１６
は、各画素から出射する光のうちある立体角に含まれる
光を取り込む。各画素からの出射光の散乱状態が変化す
れば、その立体角に含まれる光量が変化するので、液晶
パネル１１上に散乱状態の変化として形成された光学像
はスクリーン１８上で照度の変化に変換される。こうし
て、液晶パネル１１に形成された光学像は、投写レンズ
１６によりスクリーン１８上に拡大投写される。

【００４８】さらに図２に示した高分子分散液晶パネル
にカラーフィルターを形成すれば、図１に示すライトバ
ルブ投写装置を用いてカラー表示を行うことができる。

【００４９】本発明のライトバルブ投写装置の第２の実
施例の構成を図５に示す。図５において５１ａ、５１
ｂ、５１ｃは液晶パネル、５２は光源、５６ａ、５６
ｂ、５６ｃは投写レンズ、５７ａは青色光反射ダイクロ
イックミラー（以後、ＢＤＭと呼ぶ）、５７ｂは緑色光
反射ダイクロイックミラー（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、５
７ｃは赤色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＲＤＭ
と呼ぶ）、５８ａ、５８ｂ、５８ｃは遮光体、５９ａ、
５９ｂ、５９ｃはフィールドレンズである。

【００５０】液晶パネル５１ａ、５１ｂ、５１ｃはアク
ティブマトリクス駆動高分子分散液晶パネルであり、い
ずれも図２に示したものと構造は同一である。

【００５１】光源５２はランプと凹面鏡から構成され
る。ランプは、メタルハライドランプであり、赤、緑、
青の３原色の色成分を含む光を出射する。凹面鏡はガラ
ス製で、反射面に可視光を反射し赤外光を透過させる多
層膜を蒸着したものである。ランプからの放射光に含ま
れる可視光は、凹面鏡の反射面により反射し、その反射
光は平行に近い光となって光源５２から出射する。

【００５２】ＵＶＩＲカットミラー５５はガラス基板の
上に可視光を反射し、赤外光と紫外光を透過する多層膜
を蒸着したものである。

【００５３】光源５２から出射した白色光はＵＶＩＲカ
ットミラー５５により赤外光と紫外光とが除去され、Ｂ
ＤＭ５７ａにより青色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が反射さ
れる。ＢＤＭ５７ａを透過した光はＧＤＭ５７ｂにより
緑色光（以後、Ｇ光と呼ぶ）が反射され、ＲＤＭ５７ｃ
により赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され、３つの
原色光に分解される。各原色光は、それぞれフィールド
レンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃを透過してそれぞれ液晶
パネル５１ａ、５１ｂ、５１ｃに入射する。液晶パネル
５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、それぞれ映像信号に応じて
散乱状態の変化として光学像が形成され、その光学像は
それぞれ投写レンズ５６ａ、５６ｂ、５６ｃによりスク
リーン上に重ね合わせて拡大投写される。なお、ＢＤＭ
５７ａからＲＤＭ５７ｃの配置は前記の順序に限定され
るものではなく、また最後のＲＤＭ５７ｃは全反射ミラ
ーに置き換えても良いことは言うまでもない。

【００５４】本発明のライトバルブ投写装置の動作につ
いて詳しく説明する。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞ
れの変調系についてはほぼ同一動作であるので、Ｂ光の
変調系を例にあげて説明する。まずＢＤＭ５７ａより反
射されるＢ光はフィールドレンズ５９ａで集光されて液
晶パネル５１ａに入射する。液晶パネル５１ａは画素電
極に印加された信号により散乱と透過状態を制御し、光
を制御する。その散乱特性は本発明の第１の実施例で用
いた液晶パネルと同等で散乱半値角度８．２゜、ゲイン
Ｇ＝２５である。パネルが透過状態では遮蔽体５８ａで
光は遮光されスクリーン（図示せず）には黒表示が、ま
た散乱状態では投写レンズ５６ａで取り込まれ、なおか
つ遮蔽体５８ａで遮光されない光線が透過しスクリーン
（図示せず）には白表示がなされる。以上のようにして
変調されたＢ光成分の画像がスクリーンに拡大投影され
る。同様に液晶パネル５１ｂはＧ光成分の光を変調し、
液晶パネル５１ｃはＲ光成分の光を変調してスクリーン
上にはカラー画像が表示される。

【００５５】本発明では投写レンズのＦナンバーを小さ
くするために、液晶パネル５１ａ、５１ｂ、５１ｃと投
写レンズ５６ａ、５６ｂ、５６ｃとの距離をそれぞれで
きるだけ短くしている。投写レンズ５６ａ、５６ｂ、５
６ｃはＦ＝２を達成している。本発明のように１枚の液
晶パネルに１本の投写レンズが対応している場合は、投
写レンズのＦナンバーの限界は１．５である。

【００５６】３つの液晶パネル５１ａ、５１ｂ、５１ｃ
をそれぞれ青用、緑用、赤用として用いるので、明るさ
と解像度の良好な投写画像が得られる。ただし高分子分
散液晶の散乱特性は波長依存性を持っており、特に赤色
光に対する散乱特性が劣っている。３つの液晶パネル５
１ａ、５１ｂ、５１ｃのうち少なくとも１枚のパネルの
液晶層の厚みあるいは表示部の液晶粒子径のいずれかを
他のパネルと異なる構成にしてそれぞれの散乱特性を等
しくすることが好ましい。本発明のライトバルブ投写装
置では赤用の液晶パネル５１ｃの散乱特性を他のパネル
と概ね等しくするために液晶層の厚みを他のパネルより
も少し厚くしている。

【００５７】本発明のライトバルブ投写装置の第３の実
施例の構成を図６に示す。図６において６１ａ、６１
ｂ、６１ｃは液晶パネル、６２は光源、６６は投写レン
ズである。光源６２は図５に示したものと同一である。
６３は色分離用のダイクロイックプリズム、６４は色合
成用のダイクロイックプリズムである。６５はレンズ、
６７は遮蔽体、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄはミラ
ーである。

【００５８】液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃは高分
子分散液晶パネルであり、いずれも図２に示したものと
構造は同一である。

【００５９】光源６２から出射した白色光をダイクロイ
ックプリズム６３でＢ光、Ｇ光、Ｒ光に分離する。各原
色光はミラー６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄで反射あ
るいは直接に液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃに入射
する。液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ
映像信号に応じて散乱状態の変化として光学像が形成さ
れる。液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃから出射する
光は、ダイクロイックプリズム６４により１つの光に合
成された後、投写レンズ６６に入射し、スクリーンに拡
大投写される。光源６２から各液晶パネル６１ａ、６１
ｂ、６１ｃまでの距離（照明光路長）が等しいことが望
ましい。また各液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃから
投写レンズ６６までの距離も等しいことが好ましい。本
発明では投写レンズのＦナンバーを小さくするために、
液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃと投写レンズ６６と
の距離をそれぞれできるだけ短くしている。投写レンズ
６６はＦ＝２を達成している。複数の液晶パネルで変調
された光線を合成して１本の投写レンズで投写する場合
の投写レンズのＦナンバーはＦ＝２が物理的な限界であ
る。本実施例はＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各原色光に対して液
晶パネルにより変調された光線を合成して、Ｆナンバー
の小さな投写レンズ１本を用いて投写するためになされ
たものである。

【００６０】液晶パネルが透過状態では遮蔽体６７で光
は遮光されスクリーン（図示せず）には黒表示が、また
散乱状態では投写レンズ６６で取り込まれ、なおかつ遮
蔽体６７で遮光されない光線が透過しスクリーン（図示
せず）には白表示がなされる。これはＲ光、Ｇ光、Ｂ光
の各原色光に対して配置された液晶パネル６１ａ、６１
ｂ、６１ｃ全てについて同じである。

【００６１】３つの液晶パネル６１ａ、６１ｂ、６１ｃ
をそれぞれ赤用、緑用、青用として用いるので、明るさ
と解像度の良好な投写画像が得られる。ただし高分子分
散液晶の散乱特性は波長依存性を持っており、特に赤色
光に対する散乱特性が劣っている。３つの液晶パネル６
１ａ、６１ｂ、６１ｃのうち少なくとも１枚のパネルの
液晶層の厚みあるいは表示部の液晶粒子径のいずれかを
他のパネルと異なる構成にしてそれぞれの散乱特性を等
しくすることが好ましい。本発明のライトバルブ投写装
置では赤用の液晶パネル６１ａの散乱特性を他のパネル
と概ね等しくするために液晶層の厚みを他のパネルより
も少し厚くしている。

【００６２】本発明のライトバルブ投写装置の第４の実
施例の構成を図７に示す。図７において７１はライトバ
ルブ、７２は光源、７３および７４はそれぞれ多数の開
口部を有する入力マスクおよび出力マスク、７５はシュ
リーレンレンズ、７６はフライアイレンズ、７７はフィ
ールドレンズアレイ、７８は投写レンズである。

【００６３】ライトバルブ７１として図２に示したもの
と同一の構造のアクティブマトリクス駆動高分子分散液
晶パネルを用い、シュリーレン入力マスク７３と出力マ
スク７４の間にシュリーレンレンズ７５を設置して入力
マスク７３の像を出力マスク７４上に結像させるように
した構造のシュリーレン光学系を構成し、上記液晶パネ
ル７１をシュリーレン光学系の中に配置する。本発明で
はシュリーレンレンズ７５は入力マスク７３と液晶パネ
ル７１の間に設置したが、液晶パネル７１と出力マスク
７４との間にあってもかまわない。また出力マスク７４
は投写レンズ７８内にあっても構わない。光源７２と入
力マスク７３の間にフライアイレンズ７６を配置する。
フライアイレンズ７６により光源像が入力マスク７３の
開口部に形成されるように設計、配置され、微小光源ア
レイを形成する役割をする。また、入力マスク近傍には
フイールドレンズアレイ７７を設ける。

【００６４】フライアイレンズ７６は微小レンズアレイ
の集合体であり、微小レンズの１つ１つが入力マスク７
３の開口部の１つ１つに各々対応するように構成されて
いる。これにより１個の微小レンズを通る光源７２より
発せられた光はフィールドレンズアレイ７７および入力
マスク７３の１個の開口部を通り、シュリーレンレンズ
７５、液晶パネル７１及び出力マスク７４を通って、投
写レンズ７８により投影される。この光路を１つの光学
系と考えると、Ｆナンバーが大きくてコントラストが高
くとれるとともに、この光学系が多数集まった１つのシ
ステムとみなされるので入力マスク７３により明るさを
落とすことがない。フライアイレンズ７６とフィールド
レンズアレイ７７は無くても構わない。

【００６５】光源７２からの光をシュリーレン光学系の
入力マスク７３とシュリーレンレンズ７５を介して液晶
パネル７１に入射させ、前記液晶パネル７１における投
写画像に応じた光の散乱により散乱光は出力マスク７４
の開口部を通して、投写レンズ７８を介してスクリーン
７９に上記画像を投写するようにしたものである。前記
液晶パネル７１が散乱の無い透過状態の時は出力マスク
７４の遮光部で光は遮蔽されスクリーン７９に光は到達
せず良好な黒表示となる。

【００６６】本発明のライトバルブ投写装置の第５の実
施例の構成を図８に示す。図８において８１ａ、８１
ｂ、８１ｃは液晶パネル、８２は光源、８３ａ、８３
ｂ、８３ｃは入力マスク、８４ａ、８４ｂ、８４ｃは出
力マスク、８５ａ、８５ｂ、８５ｃはシュリーレンレン
ズ、８６ａ、８６ｂ、８６ｃはフライアイレンズ、８７
はＵＶＩＲカットミラー、８８ａ、８８ｂ、８８ｃは投
写レンズ、８９ａはＢＤＭ、８９ｂはＧＤＭ、８９ｃは
ＲＤＭである。

【００６７】光源８２から出射した白色光はＵＶＩＲカ
ットミラー８７により赤外光と紫外光が除去され、ＢＤ
Ｍ８９ａによりＢ光が反射される。ＢＤＭ８９ａを透過
した光はＧＤＭ８９ｂによりＧ光が反射され、ＲＤＭ８
９ｃによりＲ光が反射され３つの原色光に分解される。
各原色光は、それぞれフライアイレンズ８６ａ、８６
ｂ、８６ｃならびに入力マスク８３ａ、８３ｂ、８３ｃ
を透過してそれぞれ液晶パネル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ
に入射する。液晶パネル８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、そ
れぞれ映像信号に応じて散乱状態の変化として光学像が
形成され、その光学像はそれぞれ出力マスク８４ａ、８
４ｂ、８４ｃを通して投写レンズ８８ａ、８８ｂ、８８
ｃによりスクリーン上に重ね合わせて拡大投写される。
なお、ＢＤＭ８９ａからＲＤＭ８９ｃの配置は前記の順
序に限定されるものではなく、また最後のＲＤＭ８９ｃ
は全反射ミラーに置き換えても良い。フライアイレンズ
８６ａ、８６ｂ、８６ｃならびに入力マスク８３ａ、８
３ｂ、８３ｃは光源８２とＢＤＭ８９ａの間に配置して
１つにまとめても良い。また図７に示すように入力マス
ク８３ａ、８３ｂ、８３ｃの開口部にフィールドレンズ
アレイを設けてもよい。

【００６８】本発明のライトバルブ投写装置の動作につ
いて詳しく説明する。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞ
れの変調系についてはほぼ同一動作であるので、Ｂ光の
変調系を例にあげて説明する。光源８２からのＢ光をシ
ュリーレン光学系の入力マスク８３ａとシュリーレンレ
ンズ８５ａを介して液晶パネル８１ａに入射させ、前記
液晶パネル８１ａにおける投写画像に応じた光の散乱に
より散乱光は出力マスク８４ａの開口部を通して、投写
レンズ８８ａを介してスクリーン（図示せず）に上記画
像を投写するようにしたものである。前記液晶パネル８
１ａが散乱の無い透過状態の時は出力マスク８４ａの遮
光部で光は遮蔽されスクリーンに光は到達せず良好な黒
表示となる。

【００６９】３つの液晶パネル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ
をそれぞれ青用、緑用、赤用として用いるので、明るさ
と解像度の良好な投写画像が得られる。ただし高分子分
散液晶の散乱特性は波長依存性を持っており、特に赤色
光に対する散乱特性が劣っている。３つの液晶パネル８
１ａ、８１ｂ、８１ｃのうち少なくとも１枚のパネルの
液晶層の厚みあるいは表示部の液晶粒子径のいずれかを
他のパネルと異なる構成にしてそれぞれの散乱特性を等
しくすることが好ましい。本発明のライトバルブ投写装
置では赤用の液晶パネル８１ｃの散乱特性を他のパネル
と概ね等しくするために液晶層の厚みを他のパネルより
も少し厚くしている。

【００７０】本発明のライトバルブ投写装置の第６の実
施例の構成を図９に示す。図９において９１ａ、９１
ｂ、９１ｃは液晶パネル、９２は光源、９３は入力マス
ク、９４は出力マスク、９５ａ、９５ｂ、９５ｃはシュ
リーレンレンズ、９６はフライアイレンズ、９７はフィ
ールドレンズアレイ、９８は投写レンズである。

【００７１】光源９２から出射した白色光をダイクロイ
ックプリズム６３でＢ光、Ｇ光、Ｒ光に分離する。各原
色光はミラー６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄで反射あ
るいは直接、液晶パネル９１ａ、９１ｂ、９１ｃに入射
する。液晶パネル９１ａ、９１ｂ、９１ｃは、それぞれ
映像信号に応じて散乱状態の変化として光学像が形成さ
れる。液晶パネル９１ａ、９１ｂ、９１ｃから出射する
光は、ダイクロイックプリズム６４により１つの光に合
成された後、投写レンズ９８に入射し、スクリーンに拡
大投写される。

【００７２】本発明のライトバルブ投写装置の動作につ
いて詳しく説明する。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞ
れの変調系についてはほぼ同一動作であるので、そのう
ちの１つの変調系を例にあげて説明する。光源９２から
の光をシュリーレン光学系の入力マスク９３を介して液
晶パネル９１ａに入射させ、前記液晶パネル９１ａにお
ける投写画像に応じた光の散乱により散乱光は出力マス
ク９４の開口部を通して、投写レンズ９８を介してスク
リーン（図示せず）に上記画像を投写するようにしたも
のである。前記液晶パネル９１ａが散乱の無い透過状態
の時は出力マスク９４の遮光部で光は遮蔽されスクリー
ンに光は到達せず良好な黒表示となる。

【００７３】本発明のライトバルブ投写装置の第７の実
施例の構成を図１０に示す。これまでに述べた投写装置
の実施例では全て液晶パネルが透過型の場合の構成を示
したが、これに限定するものではなく反射型の液晶パネ
ルを用いてもよい。その場合液晶パネルは一方の電極を
アルミなどの反射電極で構成すればよい。本実施例では
液晶パネルが反射型の場合の投写装置の構成を示す。

【００７４】図１０において１０２は光源であり、ラン
プ、凹面鏡ならびにＵＶＩＲカットフィルタで構成され
ている。また、１０４ａと１０４ｃはＧＤＭ、１０４ｂ
はＢＤＭである。なお、ＧＤＭ１０４ａからＧＤＭ１０
４ｃの配置は前記の順序に限定するものではなく、また
１０４ｃはＧＤＭの代わりに全反射ミラーを用いても良
い。１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは反射型の高分子分
散液晶パネルである。１０３、１０６ａ、１０６ｂはレ
ンズ、１０５はミラーである。なお、１０６ａ、１０６
ｂで投写光学系１０９を構成しており、ミラー１０５は
投写光学系１０９の瞳位置に置かれている。１０８はス
クリーンである。

【００７５】以下、動作について説明する。なお、Ｒ、
Ｇ、Ｂ光のそれぞれの変調系については、ほぼ同一動作
であるのでＢ光の変調系について例にあげて説明する。
まず、光源１０２から白色光が照射され、前記白色光は
集光レンズ１０３によってミラー１０５に集光する。さ
らにミラー１０５で反射して、その後ダイクロイックミ
ラーで色分解される。前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ１
０４ｂにより反射される。前記Ｂ光は液晶パネル１０１
ｂに入射する。前記液晶パネル１０１ｂは、図２に示し
た対向電極２５かあるいは画素電極２６のうちどちらか
一方がＡｌなどの反射電極で構成された反射型液晶パネ
ルである。画素電極２６に印加された信号により入射し
た光の散乱状態を制御し、光を変調する。液晶パネル１
０１ｂが透過状態で反射した光はミラー１０５の配置さ
れた投写レンズ１０９の瞳で遮光され、逆に、散乱状態
で反射した光は投写レンズ１０９の瞳を通過する。通過
した光は投写レンズ１０９によりスクリーン１０８に拡
大投映される。

【００７６】同様にしてＲ、Ｇ光についても動作する
が、白色光を色分解するために設けたそれぞれ、ＧＤＭ
１０４ａ、ＢＤＭ１０４ｂが、液晶パネルで変調された
光を今度は色合成して１つの表示画像にまとめて、投写
レンズより投影する。

【００７７】図１０で説明した反射型のライトバルブ投
写装置は、液晶パネルがこれまでに説明したアクティブ
マトリクス型以外の例えば光導電層を有し、裏面よりＣ
ＲＴ等の書き込み光によって変調される液晶パネルを用
いた光書き込み型のライトバルブ投写装置であってもよ
い。

【００７８】図１５に本発明のライトバルブ投写装置の
第８の実施例を示す。液晶パネルの構造は２枚の透明な
ガラス基板１５１、１５２の表面上に形成された透明電
極１５３、１５４に挟まれる形で、光導電層１５５、遮
光層１５６、誘電体ミラー１５７、高分子分散液晶層１
５８が配置されている。透明電極１５３と１５４間には
液晶層１５８が透明状態になるのに十分な電圧が印加さ
れているが、光導電層１５５が電圧変調器として働き、
ＣＲＴ１５９等の書き込み手段から出射される書き込み
光の強弱によって液晶層１５８にかかる電圧を制御す
る。すなわち書き込み光がないときはインピーダンスが
十分高いため液晶１５８に電圧は印加されないが、書き
込み光があるとその強さに応じてインピーダンスが低下
し液晶１５８に電圧が印加される。遮光層１５６は誘電
体ミラー１５７から漏れた読み出し光が光導電層１５５
に到達しないように遮光を行っている。誘電体ミラー１
５７は読み出し光を反射させるとともに、読み出し光を
書き込み系に対して遮断する役割をもつ。

【００７９】このようにしてＣＲＴ１５９等の書き込み
手段により与えられた映像をレンズ１５０を介して液晶
パネル１４１へ入力し、一方の読み出し側でメタルハラ
イドランプ１４２あるいはキセノンランプ等の光が液晶
パネル１４１へ入射し、書き込み側で液晶パネル１４１
に入力された映像を高分子分散液晶層１５８が散乱状態
の変化として変換し、これを投写レンズ１４３を通して
スクリーン１４４へ投写する。

【００８０】さらに図１６に本発明のライトバルブ投写
装置の第９の実施例を示す。図１６において１６１ａ、
１６１ｂ、１６１ｃは液晶パネル、１６２は光源、１６
６は投写レンズである。１６３、１６４は色分離用のダ
イクロイックミラー、１６５、１６７は全反射ミラー、
１６８、１６９は色合成用のダイクロイックミラーであ
る。１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃはレンズ、１７１は
遮蔽体である。

【００８１】液晶パネル１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ
は高分子分散液晶パネルであり、いずれも図２に示した
ものと構造は同一である。

【００８２】光源１６２から出射した白色光をダイクロ
イックミラー１６３および１６４でＢ光、Ｇ光、Ｒ光に
分離する。分離した各原色光は液晶パネル１６１ａ、１
６１ｂ、１６１ｃに入射する。液晶パネル１６１ａ、１
６１ｂ、１６１ｃは、それぞれ映像信号に応じて散乱状
態の変化として光学像が形成される。液晶パネル１６１
ａ、１６１ｂ、１６１ｃから出射する光は、ダイクロイ
ックミラー１６８、１６９により１つの光に合成された
後、投写レンズ１６６に入射し、スクリーンに拡大投写
される。光源１６２から各液晶パネル１６１ａ、１６１
ｂ、１６１ｃまでの距離（照明光路長）が等しく、各液
晶パネル１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃから投写レンズ
１６６までの距離も等しくできる。投写レンズ１６６の
集光能力はＦ＝３．５である。液晶パネル１６１ａ、１
６１ｂ、１６１ｃの散乱特性は（数２）の係数ｋが８
０、すなわち散乱半値角が７゜であり、照明光の広がり
角度が３．６゜でその集光効率が５０％を達成してい
る。

【００８３】液晶パネルが透過状態では遮蔽体１７１で
光は遮光されスクリーン（図示せず）には黒表示が、ま
た散乱状態では投写レンズ１６６で取り込まれ、なおか
つ遮蔽体１７１で遮光されない光線が透過しスクリーン
（図示せず）には白表示がなされる。これはＲ光、Ｇ
光、Ｂ光の各原色光に対して配置された液晶パネル１６
１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ全てについて同じである。

【００８４】３つの液晶パネル１６１ａ、１６１ｂ、１
６１ｃをそれぞれ赤用、緑用、青用として用いるので、
明るさと解像度の良好な投写画像が得られる。

【００８５】図７、８および９に示すように、マスクお
よびフライアイレンズ、シュリーレンレンズを配置して
もよい。

【００８６】またライトバルブは高分子分散液晶パネル
に限らず、光の散乱状態の変化として光学像を形成する
ものであればよい。例えばＰＬＺＴなどでもよい。

【００８７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、散乱状態
の変化として光学像を形成するライトバルブを用いた投
写装置において遮蔽体を具備することにより、ライトバ
ルブが散乱状態のときに白表示を行い、ライトバルブが
透過状態の時に黒表示を行うので良好な黒が表示でき
る。また、用いるライトバルブの散乱特性について散乱
半値角を２３゜未満にすることで白表示が明るくでき、
コントラストが良好で、高品位な画像を表示するライト
バルブ投写装置を提供することができる。ライトバルブ
として高分子分散液晶パネルを用いれば、液晶層の散乱
特性を高くする必要がないために、パネルの厚みを薄く
できるうえに駆動電圧も低くできるので非常に大きな効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図２】本発明のライトバルブ投写装置に用いる高分子
分散液晶パネルの断面図

【図３】本発明のライトバルブ投写装置に用いる高分子
分散液晶パネルの散乱特性を示すグラフ

【図４】本発明のライトバルブ投写装置に用いる高分子
分散液晶パネルの透過率の印加電圧特性を示すグラフ

【図５】本発明の第２の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図６】本発明の第３の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図７】本発明の第４の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図８】本発明の第５の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図９】本発明の第６の実施例を示すライトバルブ投写
装置の概略構成図

【図１０】本発明の第７の実施例を示すライトバルブ投
写装置の概略構成図

【図１１】高分子分散液晶パネルの散乱特性の説明図

【図１２】高分子分散液晶パネルの散乱ゲインをプロッ
トしたグラフ

【図１３】完全拡散状態の液晶パネルの配光特性図

【図１４】図１１に示す散乱特性を有するパネルの配光
特性図

【図１５】本発明の第８の実施例を示すライトバルブ投
写装置の概略構成図

【図１６】本発明の第９の実施例を示すライトバルブ投
写装置の概略構成図

【図１７】液晶パネルの散乱特性によるライトバルブ投
写装置の集光率を示すグラフ

【図１８】液晶パネルの散乱特性によるライトバルブ投
写装置の集光率を示すグラフ

【図１９】液晶パネルの散乱特性によるライトバルブ投
写装置の集光率を示すグラフ

【図２０】高分子分散液晶パネルの動作を説明図

【図２１】従来のライトバルブ投写装置の構成図

【符号の説明】

１１液晶パネル１２光源１５フィールドレンズ１６投写レンズ１７遮蔽体１８スクリーン２１、２２ガラス基板２３高分子分散液晶層２５対向電極２６画素電極２８ＴＦＴ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ高分子分散液晶パネル５２光源５６ａ、５６ｂ、５６ｃ投写レンズ５７ａ、５７ｂ、５７ｃダイクロイックミラー５８ａ、５８ｂ、５８ｃ遮蔽体６３、６４ダイクロイックプリズム６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄミラー７３、９５入力マスク７４、９８出力マスク７５シュリーレンレンズ７６フライアイレンズ７７フィールドレンズアレイ１５５光導電層１５６遮光層１５７誘電体ミラー１５９ＣＲＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源より発生する光が入射し
散乱状態の変化として光学像を形成するライトバルブ
と、前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
と、前記投写レンズの瞳または瞳近傍にできる光源像を
遮蔽する遮光手段とを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項２】ライトバルブを照射する照明光の広がり角
度θ₁がθ₁ ＜９゜を満足することを特徴とする請求項
１記載のライトバルブ投写装置。
【請求項３】ライトバルブは、液晶材料を高分子マトリ
クス中に分散保持した液晶層を有する高分子分散液晶パ
ネルであることを特徴とする請求項１記載のライトバル
ブ投写装置。
【請求項４】光源と、前記光源より発生する光を所定範
囲の波長の光に分離するための色フィルタと、各々の分
離された光が入射し散乱状態の変化として光学像を形成
する複数のライトバルブと、前記ライトバルブに対応し
て各々の光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
と、前記投写レンズの瞳または瞳近傍にできる光源像を
遮蔽する遮光手段とを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項５】ライトバルブを照射する照明光の広がり角
度θ₁がθ₁ ＜９゜を満足することを特徴とする請求項
４記載のライトバルブ投写装置。
【請求項６】光源と、前記光源より発生する光を色分離
する手段と、分離された光が入射し散乱状態の変化とし
て光学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数の
光学像を重ね合わせるための色合成手段と、スクリーン
上に投写する投写レンズと、前記投写レンズの瞳または
瞳近傍にできる光源像を遮蔽する遮光手段とを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜１７゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項７】ライトバルブを照射する照明光の広がり角
度θ₁がθ₁ ＜６゜を満足することを特徴とする請求項
６記載のライトバルブ投写装置。
【請求項８】ライトバルブは、液晶材料を高分子マトリ
クス中に分散保持した液晶層を有する高分子分散液晶パ
ネルであることを特徴とする請求項６記載のライトバル
ブ投写装置。
【請求項９】光源と、前記光源より発生する光を所定範
囲の波長の光に分離する第１のダイクロイックプリズム
と、各々分離された光が入射し散乱状態の変化として光
学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数の光学
像を重ね合わせるための第２のダイクロイックプリズム
と、前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
と、前記投写レンズの瞳または瞳近傍にできる光源像を
遮蔽する遮光手段とを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜１７゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項１０】ライトバルブを照射する照明光の広がり
角度θ₁がθ₁ ＜６゜を満足することを特徴とする請求
項９記載のライトバルブ投写装置。
【請求項１１】光源と、前記光源より発生する光が入射
し散乱状態の変化として光学像を形成するライトバルブ
と、前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズと
を具備し、前記光源と前記ライトバルブとの間に第１の
マスクを、前記ライトバルブと前記投写レンズとの間に
第２のマスクを具備し、前記第１のマスクと前記第２の
マスクの間にシュリーレンレンズを具備し、第１のマス
クの像が前記シュリーレンレンズによって第２のマスク
上に形成されるとともに、第１のマスクの開口の投影像
を第２のマスクで遮蔽し、前記ライトバルブが散乱状態において、パネルの法線方
向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定した輝
度が、パネルの法線方向における光出射面から測定した
輝度の半分となるような角度をθ_1/2とすると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項１２】光源と第１のマスクの間にフライアイレ
ンズを、第１のマスクの近傍にフィールドレンズアレイ
を具備することを特徴とする請求項１１記載のライトバ
ルブ投写装置。
【請求項１３】ライトバルブは、液晶材料を高分子マト
リクス中に分散保持した液晶層を有する高分子分散液晶
パネルであることを特徴とする請求項１１記載のライト
バルブ投写装置。
【請求項１４】光源と、前記光源より発生する光を所定
範囲の波長の光に分離するための色フィルタと、各々の
分離された光が入射し散乱状態の変化として光学像を形
成する複数のライトバルブと、前記ライトバルブに対応
して各々の光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
とを具備し、前記光源と前記ライトバルブとの間に第１
のマスクを、前記ライトバルブと前記投写レンズとの間
に第２のマスクを具備し、前記第１のマスクと前記第２
のマスクの間にシュリーレンレンズを具備し、第１のマ
スクの像が前記シュリーレンレンズによって第２のマス
ク上に形成されるとともに、第１のマスクの開口の投影
像を第２のマスクで遮蔽し、前記ライトバルブが散乱状態において、パネルの法線方
向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定した輝
度が、パネルの法線方向における光出射面から測定した
輝度の半分となるような角度をθ_1/2とすると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項１５】光源と、前記光源より発生する光を色分
離する手段と、分離された光が入射し散乱状態の変化と
して光学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数
の光学像を重ね合わせるための色合成手段と、スクリー
ン上に投写する投写レンズとを具備し、前記光源と前記
ライトバルブとの間に第１のマスクを、前記ライトバル
ブと前記投写レンズとの間に第２のマスクを具備し、前
記第１のマスクと前記第２のマスクの間にシュリーレン
レンズを具備し、第１のマスクの像が前記シュリーレン
レンズによって第２のマスク上に形成されるとともに、
第１のマスクの開口の投影像を第２のマスクで遮蔽し、前記ライトバルブが散乱状態において、パネルの法線方
向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定した輝
度が、パネルの法線方向における光出射面から測定した
輝度の半分となるような角度をθ_1/2とすると、 θ_1/2＜１７゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項１６】光源と第１のマスクの間にフライアイレ
ンズを、第１のマスクの近傍にフィールドレンズアレイ
を具備することを特徴とする請求項１５記載のライトバ
ルブ投写装置。
【請求項１７】ライトバルブは、液晶材料を高分子マト
リクス中に分散保持した液晶層を有する高分子分散液晶
パネルであることを特徴とする請求項１５記載のライト
バルブ投写装置。
【請求項１８】光源と、前記光源より発生する光を所定
範囲の波長の光に分離する第１のダイクロイックプリズ
ムと、各々分離された光が入射し散乱状態の変化として
光学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数の光
学像を重ね合わせるための第２のダイクロイックプリズ
ムと、前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズ
とを具備し、前記光源と前記ライトバルブとの間に第１
のマスクを、前記ライトバルブと前記投写レンズとの間
に第２のマスクを具備し、前記第１のマスクと前記第２
のマスクの間にシュリーレンレンズを具備し、第１のマ
スクの像が前記シュリーレンレンズによって第２のマス
ク上に形成されるとともに、第１のマスクの開口の投影
像を第２のマスクで遮蔽し、前記ライトバルブが散乱状態において、パネルの法線方
向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定した輝
度が、パネルの法線方向における光出射面から測定した
輝度の半分となるような角度をθ_1/2とすると、 θ_1/2＜１７゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項１９】色フィルタを具備し、光源より発生する
光を青色光、緑色光および赤色光の３つの所定範囲の波
長の光に分離し、かつライトバルブとして高分子分散液
晶パネルを前記３つの所定範囲の波長の光の少なくとも
１つに対して配置し、青色用、緑色用、赤色用のそれぞ
れに対して配置された液晶パネルのうち少なくとも１つ
の液晶層の厚みが他の液晶パネルとは異なることを特徴
とする請求項４、６、９、１４、１５または１８のいず
れかに記載のライトバルブ投写装置。
【請求項２０】色フィルタを具備し、光源より発生する
光を青色光、緑色光および赤色光の３つの所定範囲の波
長の光に分離し、かつライトバルブとして高分子分散液
晶パネルを前記３つの所定範囲の波長の光の少なくとも
１つに対して配置し、青色用、緑色用、赤色用のそれぞ
れに対して配置された液晶パネルのうち少なくとも１つ
は高分子マトリクス中に分散保持された液晶滴の平均粒
子径が他の液晶パネルとは異なることを特徴とする請求
項４、６、９、１４、１５または１８のいずれかに記載
のライトバルブ投写装置。
【請求項２１】光源と、前記光源より発生する光が入射
し散乱状態の変化として光学像を形成する反射型のライ
トバルブと、スクリーン上に投写する投写レンズと、前
記投写レンズの瞳または瞳近傍にミラーを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。
【請求項２２】光源と、前記光源より発生する光が入射
し散乱状態の変化として光学像を形成する光書き込み型
のライトバルブと、前記光書き込み型のライトバルブに
画像を書き込むための書き込み手段および書き込みレン
ズと、スクリーン上に投写する投写レンズと、前記投写
レンズの瞳または瞳近傍にミラーを具備し、前記ライトバルブが散乱状態において、ライトバルブの
法線方向から角度θだけ傾いた方向の光出射面から測定
した輝度が、ライトバルブの法線方向における光出射面
から測定した輝度の半分となるような角度をθ_1/2とす
ると、 θ_1/2＜２３゜を満足するような散乱特性を有するライ
トバルブを用いることを特徴とするライトバルブ投写装
置。